El desarrollo de una biblioteca de alimentos para el modelo CNCPS

Luis O. Tedeschi

Cornell University

La Biblioteca de Alimentos Tropicales

Resumen de la composición química y tasas de digestión de 96 alimentos para pronosticar el NDT, proteína del alimento y proteína microbial

Con el modelo CNCPS se pronosticaron los contenidos de NDT y proteína degradable en el rumen (RUP) para cada alimento

Pronosticos del NDT de Forrajes Tropicales

35

45

55

65

75

85

95

35 45 55 65 75 85 95

CNCPS Rumen Simulation TDN, %

Wei

ss T

DN

, %

r2 = 93%

NDT tabular vs. NDT pronoticado de la composición química

35

45

55

65

75

85

95

35 45 55 65 75 85 95

CNCPS Rumen Simulation TDN, %

Tabu

lar T

DN

, %

r2 = 58%

Asignación de las tasas de degradación

FDNPI, %PB Min Media Max

5 a 20% (N = 5)

CHO A/B1 18.6 26.8 34.8

CHO B2 7.9 8.3 8.6

Proteína B3 0.3 3.6 6.3

21 a 35 (N = 10)

CHO A/B1 8.3 17.7 25.5

CHO B2 4.2 6.7 8.2

Protein B3 0.1 5.0 10.5

35 a 50 (N = 6)

CHO A/B1 9.8 13.1 18.4

CHO B2 3.4 6.2 7.4

Proteína B3 5.2 6.8 9.9

Fracciones del CHO y proteínaFracciones del CHO y proteína

A = Degradación rápida en el rumen Azúcares, proteína soluble

B = Degradación más lenta Almidón, FDN disponible

C = No disponible a digestión ruminal Lignina, proteína FDA

• Materia seca

• Cenizas

• FDN

• Extracto etéreo

• Lignina

• Almidón

• Proteína bruta

• Proteína bruta soluble

• N no-proteíco

• Proteína NDF

• Proteína ADF

Análisis químicoAnálisis químico

Lignina

Almidón

y fibra

soluble

FDN

Acido orgánico

y azúcares

CHO libres de N

(por diferencia)

CHO A (kd rápido)

CHO B1 (kd mediano)

CHO B2 (kd lento)

CHO C (no disponible)

FDN

Fracciones de carbohidratos Fracciones de carbohidratos (CHO)(CHO)

Feed CHO

Starch

Sugars

ADF

Ethanol Insoluble Residue (EIR)

Pectins (NDSF) NDF

B1 A B2 C

ND-AD

Cel. Lig.

Estructura de los CHO en Estructura de los CHO en el modelo CNCPSel modelo CNCPS

PRO B3 (kd lento)

Fracciones de proteína (PRO)Fracciones de proteína (PRO)

* RUBISCO = Carboxilasa de ribulosa 1,5-bifosfato

PBFDA

Péptidas

PBFDN

PNP PRO A (kd veloz)

PRO B1 (kd rápido)

PRO C (indigestible)

Proteína soluble

PRO B2 (kd variable)

Extensinas

RUBISCO*

Feed N

ADIN

Borate-phosphate buffer insoluble N

Buffer soluble N NPN NDIN NDF soluble N

B1 A B2 B3 C

ND-AD

Buffer soluble TP

Estructura de proteínas en Estructura de proteínas en el modelo CNCPSel modelo CNCPS

Determinación de tasas de degradación

Evaluación de alimentos y dietas

Análisis químico: Cantidades de componentes específicos: FDN,

PB, EE…. No reflejan los procesos biológicos del proceso

de digestión (tasa y grado de digestión) Técnicas in vitro:

Modelar digestión en un tubo de laboratorio Incorporar información sobre la fermentación

ruminal sobre el balance en la dieta

Uso de la producción de gas

Aplicación de modelos matemáticos para describir respuestas en producción de gas

Vt = Vf×[1 - exp(-k×(t - L))]

Donde:Vt= volumen de gas al tiempo tVf= volumen asintótica final de gask = constante (tasa de digestión)L = término discreto de la fase de atraso

Tasas de digestión x digestibilidad ruminal

0

10

20

30

40

50

60

70

1 2 3 4 5 6 7

Tasa de digestión, constante (%/h)

Dig

est

ibil

idad

ru

min

al

(%)

Digestibility =Kd

Kd + Kp

Kp = 5%/h (constante)

Fermentación de CHO

Alimento AGV + células microbiales + CO2 + CH4 + NH3

1 mol hexosa + 2H2O 2 acetato +2 CO2 + 4 H2

1 mol hexosa + 2H2 2 propionato +2H2O

1 mol hexosa 1 butirato +2 CO2 + 2 H2

CO2 +4H2 CH4 + 2 H2O

Dínamica de la digestión de alimentos

Técnicas gravimétricas: desaparición de CHO con tiempo

CHO AGV + CO2 + CH4

Técnicas de producción de gas: cantidad de producto final con el tiempo

CHO AGV + CO2 + CH4

Técnica de producción de gas

Directo: CO2, CH4

Indirecto: reacción de AGV con la solución buffer con producción de CO2

Producto final Rendimiento de producto,

moles

CO2 directo, moles

CO2 indirecto,

moles

CO2 total,

moles

Acetato 2 2 2 4

Propionato 2 -- 2 2

Butirato 1 2 1 3

Lactato 2 -- 2 2

Técnica automática para cuantificar la producción acumulativa de gas

hábanico

Calentador

mezclador

+10 V

Sensor detemperatura

Interface (conector)

Controladorde temperatura

Botella, suero

Sensor de presión

hábanico

AC

AC tarjetaA/D

Computa-dora

Pasos: receta in vitro

– Solución macromineral

– Solución micromineral

– Solución buffer

– Caseína

– Líquido ruminal

Paso 2: Colección del líquido ruminal

Paso 3: Incubación

Paso 4: Datos sobre la producción de gas

05

10152025303540

0 10 20 30 40 50

hours

Gas

of

100

mg

DM

/ml

Soy hulls

Corn silage

Alfalfa

Wheat straw

La Investigación Colombiana

Fracciones de CHO y proteína de alimentos tropicales

10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

kikuyo

Angleton

Brachiaria d.

Colosuana

Alfalfa

Esp

ecie

Porcentaje de MS

Pared Cel B2 50.5 62.8 52.6 68.3 37.1

Almidon B1 19.2 21.0 14.1 16.9 29.2

Solubles (A)* 30.4 16.3 33.4 14.8 33.7

kikuyo Angleton Brachiaria d. Colosuana Alfalfa

* Incluye: Azúcares, àcidos orgánicos proteinas y otros compuestos solubles en etanol

Sanchez, D. y Otros, 2002

Interpretación de la producción de gas de alfalfa

Alfalfa Sabana de Bogotá, Floración

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

Tiempo incubación hr

Pro

du

cció

n d

e G

as (

mL

/100

mg

MS

)

ME RIE FDN A B1

Entero (ME)

RIE

FDN

A

B1

ME: Y=26.3*(1-exp(-0.13*(X-0.59)))r2=0.992

RIE: Y=15.6*(1-exp(-0.08*(X-0.58)))r2=0.996

FDN: Y=8.5*(1-exp(-0.044*(X-1.93)))r2=0.993

Interpretación de la producción de gas de B. decumbens

Brachiaria decumbens Llanos

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

35.00

0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

Tiempo (hr)

Pro

du

cci

ón

de

Gas

(m

L/1

00 m

g

MS

)

ME RIE FDN

ME

RIE

FDN

ME: Y=39.4*(1-exp(-0.044*(X-0.72)))r2=0.994

RIE: Y=37.9*(1-exp(-0.027*(X-3.15)))r2=0.988

FDN: Y=29.2*(1-exp(-0.032*(X-3.72)))r2=0.956

Especie FRACCIONES

MS RIE FDN

Alfalfa ( Floración)

Tasa degradación (% /hr) 12.8 8.0 4.4

Error estandar 0.065 0.0015 0.0022

Grados de Libertad 421 431 287

Coeficiente de determinación (R2) 0.985 0.978 0.952

Angleton ( D. aristatum. maduro)

Tasa degradación (% /hr) 3.8 3.5 4.2

Error estandar 0.0005 0.0007 0.00098

Grados de Libertad 575 575 575

Coeficiente de determinación (R2) 0.994 0.989 0.982

Brachiaria decumbens (30 días)

Tasa degradación (% /hr) 4.0 2.7 3.2

Error estandar 0.0016 0.0016 0.0016

Grados de Libertad 571 575 575

Coeficiente de determinación (R2) 0.954 0.948 0.94

Especie FRACCIONES

MS RIE FDN

Colosuana ( B. pertusa)

Tasa degradación (% /hr) 3.7 2.8 4.0

Error estandar 0.00098 0.001 0.001

Grados de Libertad 575 575 575

Coeficiente de determinación (R2) 0.981 0.979 0.979

Kikuyo (P. clandestinum. 56 días)

Tasa degradación (% /hr) 4.8 4.9 4.5

Error estandar 0.001 0.001 0.0013

Grados de Libertad 575 575 575

Coeficiente de determinación (R2) 0.982 0.981 0.969

Tasas de degradación de pastos tropicales

Sanchez, D. y Otros, 2002

Conclusiones

Degradación y tasas de pasaje determinan la digestibilidad de alimentos en el rumen

El sistema de producción de gas es un método bueno y confiable para diagnosticar la tasa de degradación

Se necesita caracterizar más alimentos en los trópicos